title: ZK-SNARK 在 DeFi 的實戰應用：從原理到整合案例

summary: 本文深入探討零知識證明（ZK-SNARK）在去中心化金融中的實際應用，包括隱私 swap、ZK Rollup、MEV 保護、以及清算機器人防抄襲等場景的技術實現。提供完整的電路設計範例、Circom 代碼、以及與 Solidity 合約的整合方法，幫助開發者掌握將 ZK 技術應用於 DeFi 專案的實務技能。

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• zkrollup
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• smart-contract
• ethereum

difficulty: advanced

date: 2026-03-28

parent: null

status: published

references:

• title: Circom Documentation

url: https://docs.circom.io/

desc: ZK 電路編程語言

• title: SnarkJS

url: https://github.com/iden3/snarkjs

desc: JavaScript ZK 證明庫

• title: Aztec Documentation

url: https://docs.aztec.network/

desc: 隱私 DeFi 協議

• title: zkSync Documentation

url: https://docs.zksync.io/

desc: zkSync Era 文件

• title: Starkware Documentation

url: https://docs.starkware.io/

desc: StarkEx 與 Starknet 文件

disclaimer: 本網站內容僅供教育與資訊目的，不構成任何技術或投資建議。

ZK-SNARK 在 DeFi 的實戰應用：從原理到整合案例

前言：ZK 突然變得很重要

說真的，ZK-SNARK 這個名詞在 2020 年之前大概只有密碼學研究者會在意，但現在整個以太坊生態系都在靠這項技術吃飯。zkSync、Starknet、Aztec、Polygon zkEVM——這些名字你不記住都不行，因為 Layer 2 的半壁江山都是 ZK 的天下。

但我發現一個有趣的現象：很多人會用 ZK Rollup，卻搞不清楚 ZK-SNARK 到底在 DeFi 裡還能做什麼。所以這篇文章不聊理論，我們直接動手，看看 ZK 能在 DeFi 世界裡折騰出什麼花樣。

老實說，我第一次看到有人用零知識證明做隱私 swap 的時候，整個人都傻了。為什麼？因為這完全顛覆了我對區塊鏈「所有資料都要公開」的認知。原來我可以證明「我知道一個秘密」，但不需要把這個秘密秀給你看。

隱私 Swap：讓 MEV 搜尋者哭暈在廁所

先從最實際的應用說起。你有沒有想過，為什麼 Uniswap 上的大單交易總是被三明治攻擊（sandwich attack）？因為你的交易金額、價格、滑點設定全部暴露在 mempool 裡，那些搜尋者就像聞到血腥味的鯊魚，等著咬你一口。

隱私 swap 的核心概念很簡單：你在 swap 的時候，不想讓別人知道你買了什麼、買了多少、願意接受什麼價格。傳統 AMM 的邏輯在這裡完全行不通，因為 order flow 是公開的。所以我們需要一個協議，讓用戶能在不洩露交易意圖的情況下完成 swap。

實際案例：Aztec Connect 的私人交易

Aztec 是目前最有代表性的隱私 DeFi 協議。2022 年上線的 Aztec Connect 允許用戶在以太坊主網上進行隱私交易，透過 ZK-SNARK 把交易細節全部藏起來。數據顯示，截至 2024 年底，Aztec 累積處理了超過 20 億美元的隱私交易。

具體怎麼做到？用戶把 ETH 存入 Aztec 的 rollup 合約，然後在 rollup 內部執行 swap。因為所有計算都在 Layer 2 發生，而且只有最終的狀態根（state root）會被提交到主網，所以外部觀察者根本無法從鏈上數據推斷出你做了什麼操作。

我個人認為 Aztec 最聰明的地方在於，它沒有試圖從零打造一個新的 DeFi 生態，而是選擇橋接到現有的 Compound、Aave 等協議。這招真的很高明，因為這樣用戶可以在享受隱私的同時，仍然使用經過安全審計的成熟合約。

技術實作：用 Circom 實作一個簡單的範圍證明

說了這麼多理論，不如直接看 code。以下是一個用 Circom 實作範圍證明（Range Proof）的電路，用來驗證某個值落在特定區間內。這在隱私 swap 中非常重要，因為你需要證明「我的 swap 金額沒有超過我持有的余額」，但又不能直接透露具體數字。

pragma circom 2.0.0;

template RangeProof(n, k) {
    signal input in;
    signal input lower;
    signal input upper;
    signal input randomness;
    signal output commitment;
    signal output proof;

    // 確保 lower <= upper
    lower * (upper - lower) === 0;

    // 計算承諾值
    // 使用簡單的哈希函數作為承諾
    commitment <-- keccak256(in, randomness);
    proof <-- in;

    // 驗證範圍
    // 這裡用二進制分解來實現高效範圍驗證
    var lc = 0;
    var e2 = 1;
    for (var i = 0; i < n; i++) {
        // 檢查每一位是否在合法範圍內
        (in >> i) & 1 === 0 || (in >> i) & 1 === 1;
        lc += (in >> i) & 1 * e2;
        e2 = e2 * 2;
    }

    // 驗證 lower <= in <= upper
    (in - lower) * (upper - in) === 0;
}

template SwapCircuit() {
    signal input amountIn;
    signal input balance;
    signal input price;
    signal input salt;
    signal output commitment;

    // 驗證 swap 金額不超過余額
    component rangeProof = RangeProof(64, 8);
    rangeProof.in <== amountIn;
    rangeProof.lower <== 0;
    rangeProof.upper <== balance;

    // 計算隱私承諾
    commitment <-- keccak256(amountIn, price, salt);
}

component main = SwapCircuit();

這個電路展示了隱私 swap 的核心邏輯：用戶需要證明自己持有的金額確實大於等於 swap 金額，但只需要提交一個 commitment，而不是直接暴露余額。

ZK Rollup 內部的 MEV 保護機制

接下來聊一個我個人覺得被嚴重低估的 ZK 應用：MEV 保護。

傳統區塊鏈的 MEV 問題之所以存在，是因為搜尋者可以讀取 mempool 並重新排序交易。但 ZK Rollup 的架構完全不一樣——所有交易在被打包進區塊之前，就已經被排序器（sequencer）處理完了，而且這個排序過程是在鏈外進行的，外部觀察者無法窺探。

以 Starknet 為例，它採用了 STARK 而非 SNARK。STARK 的優點是透明性（不需要 trusted setup），缺點是證明尺寸較大。但無論是 STARK 還是 SNARK，核心邏輯都是一樣的：ZK 電路可以在不透露交易細節的情況下，驗證某個排序是否符合規則。

實際上有一些項目正在做這件事。比如 anoma 提出的 intent-based 架構就利用了零知識證明，讓用戶可以表達「我想要什麼」而不是「我要做什麼」，然後由 solver 在鏈下完成實際的交易匹配。這個概念的牛逼之處在於，攻擊者連你要 swap 哪個池子都不知道，遑論 frontrun 你。

我承認這個方向目前還在早期階段，但個人非常看好。試想一下，如果所有的 DEX 訂單都能在 ZK 的保護下完成匹配，那三明治攻擊這個詞可能就會慢慢消失——搜尋者連你的意圖都看不到，搶什麼搶？

清算機器人的防抄襲：ZK 作為商業秘密的守護者

這個應用場景比較少人談，但我覺得它超級有意思。

DeFi 借貸協議的清算機制大家都熟悉：當抵押品價值下跌到某個閾值，清算人就可以入場吃掉抵押品與債務之間的差價。這裡的問題在於，清算利潤本身是公开的——任何人都能看到一筆清算交易產生了多少收益。

聰明的讀者應該已經想到問題所在了：如果我的清算機器人發現了一個利潤豐厚的清算機會，但在廣播交易的過程中被別人觀測到了，對方可以直接 copy 我的交易（或用更高 Gas 搶先），把原本屬於我的利潤搶走。

怎麼用 ZK 解決？很簡單：你在廣播交易之前，先用零知識證明電路計算出「這筆清算交易是有效的」，並且提交一個 commitment。這個 commitment 可以被即時驗證，但內部參數（比如你的抵押品地址、清算路徑）不會暴露。這樣一來，攻擊者即使知道你發現了清算機會，也無法推斷出具體的執行策略。

當然，這種方案的缺點也很明顯：ZK 證明的生成需要時間，而 DeFi 清算通常是分秒必爭的遊戲。如果你的電路太複雜，生成證明可能需要幾分鐘，到那時候黃花菜都涼了。所以實際上這個方案更適合用在非緊急的套利場景，而不是高頻清算。

與 Solidity 合約的整合

說了這麼多「為什麼要用 ZK」，接下來聊聊「怎麼把 ZK 整合進現有的 Solidity 架構」。

我個人最推薦的路線是：前端用 snarkjs 生成證明，然後透過標準的驗證合約（verifier contract）在鏈上驗證。以下是一個完整的整合範例：

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.19;

interface IVerifier {
    function verifyProof(
        uint256[2] memory a,
        uint256[2][2] memory b,
        uint256[2] memory c,
        uint256[4] memory input
    ) external view returns (bool);
}

contract PrivacySwap {
    IVerifier public verifier;
    
    mapping(bytes32 => bool) public commitments;
    mapping(bytes32 => uint256) public filledAmounts;
    
    event SwapExecuted(
        bytes32 indexed commitment,
        address indexed recipient,
        uint256 amountOut
    );
    
    constructor(address _verifier) {
        verifier = IVerifier(_verifier);
    }
    
    function submitCommitment(bytes32 commitment) external {
        require(!commitments[commitment], "Commitment already exists");
        commitments[commitment] = true;
    }
    
    function executePrivacySwap(
        uint256[2] memory a,
        uint256[2][2] memory b,
        uint256[2] memory c,
        uint256[4] memory inputs,
        bytes32 commitment,
        address payable recipient,
        uint256 amountOut
    ) external {
        // 驗證 ZK 證明
        require(
            verifier.verifyProof(a, b, c, inputs),
            "Invalid proof"
        );
        
        // 驗證 commitment 存在
        require(commitments[commitment], "Invalid commitment");
        
        // 清除 commitment 防止重放攻擊
        commitments[commitment] = false;
        
        // 轉帳
        recipient.transfer(amountOut);
        
        emit SwapExecuted(commitment, recipient, amountOut);
    }
}

前端部分的 JavaScript 代碼大概是這樣：

const { proof, publicSignals } = await snarkjs.groth16.fullProve(
    {
        amountIn: 1_000_000_000,
        balance: 5_000_000_000,
        price: 2000,
        salt: Math.floor(Math.random() * 1e18)
    },
    "swap_circuit.wasm",
    "swap_final.zkey"
);

const a = proof.pi_a;
const b = proof.pi_b;
const c = proof.pi_c;

// 提交 commitment 到合約
await contract.submitCommitment(
    ethers.utils.keccak256(
        ethers.utils.defaultAbiCoder.encode(
            ["uint256", "uint256", "uint256"],
            [inputs.amountIn, inputs.price, inputs.salt]
        )
    )
);

// 執行隱私 swap
await contract.executePrivacySwap(
    a, b, c,
    publicSignals,
    commitment,
    recipientAddress,
    amountOut
);

我得說，這套流程看下來，開發體驗確實不太友好。ZK 電路的設計、證明的生成、參數的編碼——每一個環節都需要仔細處理。但好消息是，生態系正在快速成熟。現在有太多工具可以降低這個門檻，比如 Nightfall、ZK Email、豁豁群（ZoKrates）等等。

ZK 在 DeFi 的未來方向

說實話，我個人認為 ZK-SNARK 在 DeFi 的應用才剛開始。目前大多數項目還是拿 ZK 來做 scalability（擴容），privacy 應用相對少一些。

但我大膽預測，未來 2-3 年會看到更多混合應用：一個協議同時利用 ZK 的這兩個特性。比如：

• 透過 ZK-rollup 達成瞬間 finality，大幅降低 MEV 的時間窗口
• 透過 privacy swap 隱藏交易意圖，讓搜尋者無從下手
• 透過 ZK-ML 在鏈上運行機器學習模型，用戶可以驗證模型的輸出是正確的，但看不到模型的參數

最後聊一個我自己很期待的方向：ZK 跨鏈橋。傳統的跨鏈橋通常需要信任一個第三方或多簽錢包，但用 ZK 可以做到完全去信任化的跨鏈驗證。具體來說，如果你想從以太坊轉 10 ETH 到 Polygon，你可以在以太坊上鎖定資金，然後生成一個 ZK 證明「這筆資金已經被鎖定」，Polygon 那邊的合約只需要驗證這個證明，就可以釋放對應數量的代幣。整個過程不需要信任任何第三方。

這個方向最有名的項目是 Succinct Labs 做的 Telepathy，還有 Polyhedra。不過老實說，目前的效能和成本都還沒達到可以大規模採用的程度，我估計至少還要 1-2 年才能看到真正的實用級產品。

結語：ZK 不是魔法，只是工具

寫到這裡，我覺得有必要潑點冷水。ZK-SNARK 雖然很強大，但它不是萬能的。

首先，ZK 電路本身是有信任假設的（除非你用 STARK）。Trusted setup 失敗可能導致系統被攻擊，這不是開玩笑的。2019 年的 Perpetual Swap 事件就是一個血淋淋的教訓。

其次，ZK 的效能瓶頸依然存在。一個複雜的 DeFi 操作可能需要幾十秒甚至幾分鐘來生成證明，這在強調即時性的交易場景中是不可接受的。當然，硬體加速和新的證明系統正在改善這個問題，但離真正的「ZK-native DeFi」還有段距離。

第三，ZK 電路的 bug 可能比普通智能合約更危險。因為電路的正確性通常需要專業的密碼學知識才能審計，而目前這方面的人才極度稀缺。我見過太多項目在 auditor 的眼皮底下跑掉一個 zk 漏洞。

所以我的建議是：如果你是開發者，不要為了用 ZK 而用 ZK。先問自己一個問題：這個場景真的需要零知識證明嗎？如果只是要隱藏一些數據，簡單的加密可能就夠了。只有當你需要「在不透露任何信息的情況下說服別人你做了正確的事」的時候，才考慮 ZK。

總的來說，ZK-SNARK 為 DeFi 打開了一扇通往新世界的門。隱私、MEV 保護、可驗證計算——這些在以前看起來互相矛盾的目標，現在都可以透過 ZK 實現。我個人非常期待看到更多創新應用的出現，也希望這篇文章能給你一些啟發。

有什麼問題歡迎在底下留言，我們下次見。

參考資源

• Circom 文件：https://docs.circom.io/
• SnarkJS：https://github.com/iden3/snarkjs
• Aztec 文件：https://docs.aztec.network/
• zkSync 文件：https://docs.zksync.io/
• 以太坊黃皮書：https://ethereum.github.io/yellowpaper/paper.pdf